6 lỗi tụ bù thường gặp trong hệ thống điện công nghiệp và cách xử lý hiệu quả

Trong hệ thống điện công nghiệp, tụ bù đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hệ số công suất (cosφ), tiết kiệm điện năng và đảm bảo chất lượng điện áp ổn định. Tuy nhiên, tụ bù cũng dễ gặp phải một số lỗi kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành. Việc nhận diện sớm và xử lý đúng cách những lỗi này là yếu tố then chốt giúp doanh nghiệp duy trì hệ thống điện an toàn, tiết kiệm và bền vững.

Trong bài viết này, VIAS sẽ chia sẻ đến bạn 6 lỗi tụ bù thường gặp và hướng dẫn cách xử lý hiệu quả, theo chuẩn an toàn Nhật Bản.

Tụ bù bị phồng hoặc rò rỉ dầu (đối với tụ dầu)

Nguyên nhân:

- Quá áp (Overvoltage): Điện áp đặt lên tụ vượt quá giới hạn cho phép của nhà sản xuất trong thời gian dài.

- Quá dòng (Overcurrent): Dòng điện chạy qua tụ vượt quá giới hạn thiết kế, thường do sóng hài (harmonics) quá mức trong hệ thống.

- Nhiệt độ môi trường cao: Tụ hoạt động trong môi trường có nhiệt độ vượt quá giới hạn khuyến nghị, làm tăng áp suất bên trong tụ.

- Tuổi thọ: Tụ đã hoạt động hết tuổi thọ thiết kế.

- Lỗi sản xuất: Lỗi từ quá trình chế tạo tụ.

Hậu quả: Giảm dung lượng, hỏng hóc hoàn toàn, có nguy cơ gây chập cháy.

Cách xử lý:

- Ngắt nguồn điện: Lập tức cô lập và ngắt nguồn điện cấp cho tụ bù bị lỗi để đảm bảo an toàn.

- Thay thế tụ bù: Tụ bù đã bị phồng hoặc rò rỉ không thể sửa chữa mà cần phải được thay thế bằng tụ mới có cùng hoặc tương đương thông số.

- Kiểm tra nguyên nhân gốc rễ: Sau khi thay thế, cần kiểm tra lại hệ thống điện để xác định nguyên nhân gây quá áp, quá dòng hoặc sóng hài để khắc phục triệt để, tránh lặp lại lỗi cho tụ mới.

Dung lượng tụ bù bị suy giảm

Nguyên nhân:

- Lão hóa tự nhiên: Theo thời gian và quá trình hoạt động, dung lượng của tụ sẽ giảm dần.

- Nhiệt độ cao: Nhiệt độ hoạt động liên tục ở mức cao làm đẩy nhanh quá trình lão hóa.

- Sóng hài: Sóng hài làm tăng nhiệt độ bên trong tụ và gây ứng suất điện môi, làm giảm dung lượng.

- Quá áp, quá dòng nhẹ: Những dao động quá áp, quá dòng nhưng chưa đủ để gây hỏng hóc tức thì mà tích lũy làm suy giảm dần dung lượng.

Hậu quả: Hệ số công suất thấp, tăng tổn thất điện năng, làm nóng các thiết bị khác trong hệ thống.

Cách xử lý:

- Kiểm tra dung lượng: Sử dụng thiết bị đo chuyên dụng (ví dụ: bộ đo LCR) để đo dung lượng thực tế của từng pha tụ. So sánh với giá trị danh định của nhà sản xuất.

- Thay thế các pha tụ suy giảm: Nếu dung lượng suy giảm đáng kể (thường dưới 80% giá trị danh định), cần thay thế các pha tụ bị suy giảm đó.

- Đánh giá lại hệ thống bù: Nếu nhiều tụ bị suy giảm cùng lúc, cần xem xét tổng thể hệ thống bù có còn phù hợp với tải hiện tại không, hoặc có cần bổ sung thêm tụ bù hay không.

Aptomat/MCCB cấp nguồn cho tụ bù bị nhảy liên tục

Nguyên nhân:

- Quá dòng khởi động: Dòng xung ban đầu khi đóng tụ bù vào lưới điện có thể rất lớn, đặc biệt nếu không có cuộn kháng hoặc cuộn kháng không phù hợp.

- Ngắn mạch bên trong tụ: Một pha của tụ bị ngắn mạch làm tăng dòng điện đột ngột.

- Sóng hài cao: Dòng điện sóng hài quá lớn làm tăng tổng dòng RMS chạy qua tụ, vượt quá giới hạn aptomat.

- Chọn aptomat không phù hợp: Aptomat có dòng định mức quá nhỏ so với dòng hoạt động hoặc dòng xung của tụ.

- Lỗi aptomat/MCCB: Bản thân thiết bị bảo vệ bị hỏng.

Hậu quả:  Hệ thống bù không hoạt động, hệ số công suất thấp, có thể gây gián đoạn sản xuất.

Cách xử lý

- Kiểm tra tụ bù: Ngắt điện, tháo cáp và kiểm tra từng pha của tụ xem có bị ngắn mạch hoặc rò rỉ không.

- Kiểm tra dòng điện thực tế: Đo dòng điện RMS tổng và dòng sóng hài qua tụ khi hoạt động.

- Kiểm tra cuộn kháng (nếu có): Đảm bảo cuộn kháng chống sóng hài/hạn chế dòng xung hoạt động đúng chức năng và được chọn đúng thông số.

- Kiểm tra aptomat: Đảm bảo aptomat được chọn đúng định mức, đặc tuyến phù hợp với tụ bù (ví dụ: loại có khả năng chịu dòng xung).

- Kiểm tra sóng hài: Nếu sóng hài là nguyên nhân chính, cần xem xét giải pháp lọc sóng hài (bộ lọc tích cực hoặc cuộn kháng lọc sóng hài).

Hệ số công suất (cosφ) thấp dù tụ bù đã được cấp điện

Nguyên nhân: 

- Tụ bù bị hỏng toàn bộ hoặc nhiều pha: Mặc dù cấp điện nhưng tụ không còn khả năng bù.

- Sai số thiết kế/tính toán: Công suất của tủ bù được thiết kế ban đầu không đủ so với nhu cầu tải thực tế.

- Thay đổi tải: Tải của nhà máy đã thay đổi (tăng lên hoặc thay đổi loại tải) so với thời điểm thiết kế tủ bù.

- Bộ điều khiển tụ bù (Automatic Power Factor Regulator - APFR) lỗi: APFR không nhận diện hoặc điều khiển các cấp tụ đóng/cắt đúng cách.

- Sóng hài cao: Sóng hài làm giảm khả năng bù của tụ và gây ra hiện tượng méo dạng dòng điện, làm cosφ giảm.

- Thiết bị đo lường sai: Đồng hồ đo cosφ hoặc CT (Current Transformer) bị lỗi.

Hậu quả: Vi phạm quy định về hệ số công suất, bị phạt tiền điện, tăng tổn thất.

Cách xử lý: 

- Kiểm tra từng cấp tụ bù: Đo dung lượng hoặc dòng điện từng cấp tụ khi đóng để xác định tụ nào đã hỏng.

- Kiểm tra hoạt động của APFR: Quan sát xem APFR có đưa ra tín hiệu điều khiển đóng/cắt các contactor tụ bù đúng với cosφ mong muốn hay không. Kiểm tra cài đặt của APFR.

- Đo lường lại tải: Thực hiện khảo sát và đo đạc lại tải thực tế của nhà máy để tính toán lại công suất bù cần thiết.

- Kiểm tra sóng hài: Đo lường mức độ sóng hài trong hệ thống. Nếu cao, cần có giải pháp lọc sóng hài.

 -Kiểm tra thiết bị đo: Kiểm tra đồng hồ đo cosφ và các CT liên quan.

Contactor cấp cho tụ bù bị hỏng (cháy tiếp điểm)

Nguyên nhân: 

- Dòng xung lớn khi đóng: Dòng xung ban đầu khi đóng tụ bù là rất lớn (gấp 10-20 lần dòng định mức), gây hồ quang mạnh làm cháy tiếp điểm.

- Không có điện trở hạn chế dòng xung (pre-charge resistors): Contactor chuyên dụng cho tụ bù thường có các tiếp điểm phụ với điện trở để hạn chế dòng xung ban đầu, nếu dùng contactor thường hoặc contactor chuyên dụng bị lỗi bộ phận này sẽ dễ cháy.

- Quá tải dòng điện: Dòng điện chạy qua contactor vượt quá định mức của nó.

- Tuổi thọ: Contactor đã hoạt động hết số lần đóng cắt cho phép.

- Tiếp điểm bị bẩn/ăn mòn: Môi trường hoạt động khắc nghiệt làm hỏng tiếp điểm.

Hậu quả: Tụ bù không đóng/cắt được, không bù được công suất phản kháng.

Cách xử lý:

- Thay thế contactor: Thay thế contactor bị hỏng bằng loại mới, đảm bảo là contactor chuyên dụng cho tụ bù có tích hợp điện trở hạn chế dòng xung (ký hiệu AC-6b hoặc có ghi chú "capacitor switching contactor").

- Kiểm tra dòng điện: Đảm bảo dòng định mức của contactor phù hợp với dòng của cấp tụ bù.

- Kiểm tra cài đặt APFR: Đảm bảo APFR không đóng/cắt tụ bù quá nhanh hoặc quá thường xuyên.

- Giảm sóng hài (nếu có): Sóng hài cũng làm tăng dòng hiệu dụng qua contactor.

Sóng hài quá cao gây lỗi cho tụ bù

Nguyên nhân:

- Tải phi tuyến: Các thiết bị điện tử công suất như biến tần, bộ chỉnh lưu, bộ nguồn chuyển mạch (SMPS), lò hồ quang... tạo ra dòng điện sóng hài.

- Không có biện pháp lọc sóng hài: Hệ thống không được trang bị cuộn kháng lọc sóng hài hoặc bộ lọc tích cực.

Hậu quả: Tụ bị quá tải, quá nhiệt, phồng, giảm dung lượng, aptomat nhảy, contactor hỏng.

Cách xử lý:

- Đo lường sóng hài: Sử dụng thiết bị phân tích chất lượng điện năng để đo lường mức độ và bậc sóng hài t-rong hệ thống.

- Lắp đặt cuộn kháng lọc sóng hài (detuned reactor): Đây là giải pháp phổ biến nhất, cuộn kháng được mắc nối tiếp với tụ bù để tạo thành mạch cộng hưởng có tần số cao hơn tần số hài nổi bật, giúp chặn dòng hài và bảo vệ tụ.

- Lắp đặt bộ lọc hài tích cực (Active Harmonic Filter - AHF): Đối với các hệ thống có mức độ sóng hài rất cao và phức tạp, AHF là giải pháp hiệu quả hơn nhưng chi phí cao hơn.

Lưu ý quan trọng khi xử lý lỗi tụ bù

An toàn là trên hết: Tụ bù có khả năng tích điện rất lớn, ngay cả khi đã ngắt nguồn. Luôn phải xả điện cho tụ bù trước khi chạm vào hoặc thực hiện bất kỳ thao tác nào. Sử dụng que xả tụ hoặc chờ đủ thời gian để tụ tự xả qua điện trở xả tích hợp (thường là 3-5 phút, có thể lâu hơn với tụ dung lượng lớn). Luôn kiểm tra điện áp bằng VOM trước khi thao tác.

Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ hệ thống tụ bù (kiểm tra nhiệt độ, độ sạch, các kết nối, đo dung lượng nếu cần) để phát hiện sớm các vấn đề.

Môi trường hoạt động: Đảm bảo tủ bù được thông gió tốt, không bị bụi bẩn, ẩm ướt và nhiệt độ môi trường không quá cao.

Hiểu rõ và xử lý kịp thời các lỗi tụ bù giúp doanh nghiệp đảm bảo an toàn hệ thống điện, nâng cao hiệu suất vận hành và tiết kiệm chi phí lâu dài. Nếu bạn cần giải pháp kiểm tra, phân tích và cải tạo hệ thống tụ bù theo chuẩn Nhật Bản, hãy liên hệ ngay với VIAS – chuyên gia kiểm điện hàng đầu tại Việt Nam.